某大容量立式同步電動(dòng)機(jī)電磁方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

張 巍，張 宙

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

本文以國(guó)外某泵站項(xiàng)目大容量立式同步電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，該電機(jī)為多極低速同步電機(jī)。電磁方案的設(shè)計(jì)中每極每相槽數(shù)q的選擇至關(guān)重要，可能會(huì)產(chǎn)生諧波引起電機(jī)發(fā)生振動(dòng)噪聲方面的問題，所以對(duì)電磁方案進(jìn)行諧波分析以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的計(jì)算是相當(dāng)必要的。項(xiàng)目從大型同步電動(dòng)機(jī)減小、削弱諧波以及諧波引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)角度出發(fā)，對(duì)分?jǐn)?shù)槽和整數(shù)槽兩種方案進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，通過對(duì)比，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)選擇最優(yōu)方案提供依據(jù)。這些計(jì)算可以優(yōu)化大容量立式同步電動(dòng)機(jī)方案，選出更加合理的最終計(jì)算結(jié)果方案，為掌握MW級(jí)立式水泵用電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)和后期相關(guān)產(chǎn)品的研制，鞏固我公司在大容量立式同步電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)承接更多國(guó)外水利市場(chǎng)電動(dòng)機(jī)項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。

1 同步電動(dòng)機(jī)的有限元分析理論和前處理建模

在進(jìn)行有限元分析的時(shí)候，對(duì)電機(jī)做如下假設(shè)：

(1) 采用二維場(chǎng)模擬實(shí)際磁場(chǎng)，選用國(guó)際單位制，直角坐標(biāo)系。

(2) 不計(jì)交變磁場(chǎng)在導(dǎo)電材料中的渦流反應(yīng)，電機(jī)的磁場(chǎng)可作為非線性恒定磁場(chǎng)來處理。

(3) 忽略端部效應(yīng)，磁場(chǎng)沿軸向均勻分布，電流密度和磁矢位只有Z軸方向的分量，采用矢量磁位AZ求解。

(4) 鐵心里的磁導(dǎo)率是各向同性的。

(5) 電機(jī)外部磁場(chǎng)所占分量甚小，可以忽略，定子外表面圓周為零矢量位面。

電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)分布，運(yùn)用有限元方法進(jìn)行分析，用矢量磁位A表述計(jì)算區(qū)域內(nèi)的二維電磁場(chǎng)問題時(shí)，需滿足如下邊值問題：